數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)教程

1、l一、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫技術(shù)一、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫技術(shù)l二、課程學(xué)習(xí)目的二、課程學(xué)習(xí)目的1學(xué)習(xí)掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理論（主要是關(guān)系數(shù)據(jù)庫）l掌握數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)理論l用命令等工具交互式地操作數(shù)據(jù)庫l通過編程訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)l掌握如何設(shè)計數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)2掌握數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行過程l各種主要模塊及其功能l模塊之間如何互動以完成操作的3了解數(shù)據(jù)庫新技術(shù)的一些發(fā)展動態(tài)l三、課程特點：三、課程特點：理論、技術(shù)、實踐相結(jié)合的l以關(guān)系理論為基礎(chǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論數(shù)據(jù)模型設(shè)計的思想方法l以技術(shù)和方法為主編程、軟件系統(tǒng)設(shè)計l做實驗各種平臺上的數(shù)據(jù)庫操作方法及大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的使用 實驗環(huán)境，推薦安裝以下產(chǎn)品之一 IBM U

2、DB 7.0（或以上） for Windows MS SQL SERVER 7.0 Oracle設(shè)計并測試一個簡單但完整的應(yīng)用例子 如一個車輛管理系統(tǒng)、一個多媒體房地產(chǎn)數(shù)據(jù)庫scm等l四、學(xué)習(xí)內(nèi)容和使用教材四、學(xué)習(xí)內(nèi)容和使用教材/ /參考書參考書國內(nèi)的教材l數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理，王能斌著，電子工業(yè)出版社，2000年版，ISBN 7-5053-50-5304-7國外的教材lData Management System, Raghu Ramakrishnan, WCB/McGraw-Hill,1997,ISBN 0-07-050775-9lDatabase System Concepts, A. Sil

3、berschatz and S.Sudarshan, McGraw-Hill, 1997,ISBN 7-111-06710-X參考文獻l微軟環(huán)境DB2 UDB7.1開發(fā)指南，IBM著，機械工業(yè)出版社，2001年版，ISBN 7-111-08623-6理論、設(shè)計、實現(xiàn)（理論、設(shè)計、實現(xiàn)（19章，章，18章）章）l其它數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的使用手冊等l什么是數(shù)據(jù)庫什么是數(shù)據(jù)庫？l什么是什么是DBMS？l數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)展歷史l數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)介紹l數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域l數(shù)據(jù)庫技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域 l一、一、 什么是數(shù)據(jù)庫？什么是數(shù)據(jù)庫？l數(shù)據(jù)庫是一個持

4、久數(shù)據(jù)的集合數(shù)據(jù)庫是一個持久數(shù)據(jù)的集合，這些數(shù)據(jù)用于某企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)中（制造公司、銀行、醫(yī)院、大學(xué)、政府部門等）l數(shù)據(jù)庫象一個倉庫數(shù)據(jù)庫象一個倉庫存儲各種物品（數(shù)據(jù)）物品形狀、大小 數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)模式從倉庫取得物品（數(shù)據(jù)）如何知道存儲位置如何快速定位和取數(shù)據(jù)l二、二、 為什么要用數(shù)據(jù)庫？為什么要用數(shù)據(jù)庫？l1、 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)保存方式相比，有明顯的優(yōu)點：數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)獨立性高數(shù)據(jù)共享程度高數(shù)據(jù)共享程度高減少冗余，保證數(shù)據(jù)的一致性減少冗余，保證數(shù)據(jù)的一致性提供數(shù)據(jù)完整性約束機制提供數(shù)據(jù)完整性約束機制并發(fā)訪問和提供事務(wù)支持并發(fā)訪問和提供事務(wù)支持提供安全機制提供安全機制l2、在典型的沒有

5、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的企業(yè)，每個應(yīng)、在典型的沒有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的企業(yè)，每個應(yīng)用擁有各自的文件經(jīng)常是存儲在各自的磁帶用擁有各自的文件經(jīng)常是存儲在各自的磁帶和磁盤和磁盤以致于難以用任何系統(tǒng)的方法來控制以致于難以用任何系統(tǒng)的方法來控制這些非常分散并且結(jié)構(gòu)化程度不高的數(shù)據(jù)。數(shù)這些非常分散并且結(jié)構(gòu)化程度不高的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則保證了企業(yè)對數(shù)據(jù)的集中控制，并據(jù)庫系統(tǒng)則保證了企業(yè)對數(shù)據(jù)的集中控制，并且具有較好的共享性。且具有較好的共享性。l數(shù)據(jù)的獨立性數(shù)據(jù)的獨立性 理解數(shù)據(jù)獨立性的含義l在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之前的系統(tǒng)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)文件有一定的物理存儲方式、邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間缺乏獨立性。應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的物理表示、邏輯表示

6、是密切相關(guān)的，如果改變了數(shù)據(jù)的物理表示、邏輯表示也要相應(yīng)改變應(yīng)用程序。這是非數(shù)據(jù)獨立l數(shù)據(jù)獨立性可以定義成應(yīng)用程序不會因物理表示和訪問技術(shù)的改變而改變。當(dāng)然，這意味著應(yīng)用程序不應(yīng)依賴于任何特定的物理表示和訪問技術(shù) 數(shù)據(jù)庫把數(shù)據(jù)的具體組織留給DBMS管理，用戶能邏輯地抽象地處理數(shù)據(jù)，而不必關(guān)心數(shù)據(jù)在計算機中的具體表示方式與存儲方式。lDBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)獨立性包括兩個方面：物理獨立性和邏輯獨立性l物理獨立性：l邏輯的獨立性：應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)的邏輯表示無關(guān)。例：商品名稱銷售額某公司的銷售管理應(yīng)用程序新的分公司銷售管理應(yīng)用程序商品名稱銷售額商品名稱銷售額1+銷售額2建立一個數(shù)據(jù)視圖l數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)

7、共享共享不僅指現(xiàn)有的應(yīng)用程序可以共享數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，共享不僅指現(xiàn)有的應(yīng)用程序可以共享數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，而且新的應(yīng)用程序也能對這些數(shù)據(jù)進行操作。而且新的應(yīng)用程序也能對這些數(shù)據(jù)進行操作。數(shù)據(jù)庫中的每項數(shù)據(jù)可以被不同的用戶共享。因此，數(shù)據(jù)庫中的每項數(shù)據(jù)可以被不同的用戶共享。因此，每一個用戶都可以因不同的目的而訪問相同的數(shù)據(jù)。每一個用戶都可以因不同的目的而訪問相同的數(shù)據(jù)。l用戶指數(shù)據(jù)的使用者包括應(yīng)用程序，也可指真正意義上的用戶指數(shù)據(jù)的使用者包括應(yīng)用程序，也可指真正意義上的用戶用戶 l減少冗余：減少冗余：在非數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，每個應(yīng)用程序都有自己的專用文件。這種情況經(jīng)常導(dǎo)致在存儲數(shù)據(jù)上有相當(dāng)大的冗余，結(jié)果浪費存儲

8、空間。例：一個有關(guān)人事的應(yīng)用程序和一個有關(guān)教育的應(yīng)用程序擁有各自的數(shù)據(jù)文件：EMPLOYEE文件中包括：職員名、出生日期、地址、所在部門、職務(wù)、職稱和工資等等。 ENROLLMENT文件中包括職員名、職員所在部門、職務(wù)、職稱、培訓(xùn)時間、培訓(xùn)課程、培訓(xùn)成績等。而數(shù)據(jù)庫可以合并幾個不同文件，可以部分地消除文件之間的冗余。EMPLOYEE文件中包括：職員名、出生日期、地址、部門、職務(wù)、職稱和工資等等。ENROLLMENT文件中可只包括職員名、培訓(xùn)時間、培訓(xùn)課程、培訓(xùn)成績等。人事應(yīng)用程序人事應(yīng)用程序教育管理應(yīng)用程序教育管理應(yīng)用程序EMPLOYEE文件ENROLLMENT文件H包括職員名、出生日期、地址

9、、所在部門、職務(wù)、職稱和工資等等。包括職員名、職員所在部門、職務(wù)、職稱、培訓(xùn)時間、培訓(xùn)課程、培訓(xùn)成績等。重復(fù)重復(fù)HEMPLOYEE包括職員名、出生日期、地址、所在部門、職務(wù)、職稱和工資等。HENROLLMENT包括職員名、培訓(xùn)時間、培訓(xùn)課程、培訓(xùn)成績等。由于數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)可以在全局范圍內(nèi)共享，則在有關(guān)教育應(yīng)用程序需要某職員的部門信息、職務(wù)、職稱時，可以訪問EMPLOYEE文件。這就是數(shù)據(jù)共享帶來冗余程度的減少。這就是數(shù)據(jù)共享帶來冗余程度的減少。合并EMPLOYEE文件和ENROLLMENT文件H例：例：一個有關(guān)人事的應(yīng)用程序和一個有關(guān)教育的應(yīng)用程序擁有各自的數(shù)據(jù)文件：l避免不一致：避免不一致：

10、這是減少冗余度必然的結(jié)果數(shù)據(jù)一致性也指數(shù)據(jù)的正確性。l假定一種情況下職員E 3在部門D 8工作，這條信息在數(shù)據(jù)庫中有兩個不同的條目（分別在employee、enrollment文件中），職員E3的信息：E3,1975.1.3,某某地區(qū)，D8，主管科員，經(jīng)濟師，2000培訓(xùn)信息：E3，D8 ，主管科員，經(jīng)濟師，1999，計算機，90E3, D8，主管科員，經(jīng)濟師，2001，稅法，85當(dāng)當(dāng)E3調(diào)動到調(diào)動到D6部門工作后，應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)項做怎部門工作后，應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)項做怎樣的修改？樣的修改？H必須修改兩個文件中有關(guān)該職員的部門信息才能保證數(shù)據(jù)一致性，如果管理人員沒有意識到這種冗余或者沒有及時修改不同數(shù)

11、據(jù)文件中部門信息，則造成數(shù)據(jù)的不一致性。H因此可見，消除冗余度可保證數(shù)據(jù)一致性。l保持完整性：完整性的問題的實質(zhì)是確保數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是正確的。前述的職員的部門信息如果在不同的文件中的記錄不一致，就是缺少完整性的例子。（造成不完整性的主要原因是數(shù)據(jù)冗余性）另外，即使沒有冗余，數(shù)據(jù)庫也可能包含錯誤的信息。l例如，可能顯示職員屬于一個不存在的部門。（可能由于輸入的錯誤）l數(shù)據(jù)庫的集中控制可以有效地避免此類問題。主要通過支持數(shù)據(jù)管理員定義一些完整性約束來實現(xiàn)。如CHECK子句、觸發(fā)子，斷言等。l并發(fā)訪問和數(shù)據(jù)一致性并發(fā)訪問和數(shù)據(jù)一致性文件系統(tǒng)一般不支持并發(fā)訪問。文件系統(tǒng)一般不支持并發(fā)訪問。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的

12、并發(fā)訪問控制可保證數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)訪問控制可保證數(shù)據(jù)的一致性。l提供事務(wù)支持提供事務(wù)支持：事務(wù)是一個邏輯工作單元，它包括一些數(shù)據(jù)庫操作（特別是一些更新操作）。常見的例子如：從帳戶 A到帳戶 B轉(zhuǎn)移一定的現(xiàn)金數(shù)。 2000元帳戶A-帳戶B數(shù)據(jù)庫支持事務(wù)的概念，確保兩個操作要么都做，要么都不做，即使在系統(tǒng)執(zhí)行過程中出現(xiàn)故障（比如因為電源斷）也應(yīng)如此。這就是事務(wù)的原子性。這種事務(wù)的操作可確保數(shù)據(jù)的正確。事務(wù)管理是這門課程講授的重要內(nèi)容之一。減去2000元存入2000元第一步第二步l增加安全性控制增加安全性控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的共享性使數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)更加有可能被非法訪問，非法修改。這就要求相稱的

13、、好的安全系統(tǒng)，沒有安全保障，數(shù)據(jù)的安全性可能比傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)更處于危險之中。數(shù)據(jù)庫通?？啥x安全性約束或規(guī)則比如：定義一些敏感數(shù)據(jù)的訪問級別，只允許某一級別的用戶訪問。對于數(shù)據(jù)庫的每條信息的不同類型的訪問（修改、插入或刪除等）可建立不同的約束。l加強標準化加強標準化數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中是集中控制，在全局范圍內(nèi)共享，甚至有可能在不同的系統(tǒng)中移動。數(shù)據(jù)采用一定的標準（部門標準、安裝標準、社團標準、工業(yè)標準、國家標準和國際標準）可確保有效地、最大程度地支持數(shù)據(jù)共享。l三、數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史三、數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史層次數(shù)據(jù)庫lIBM，20世紀60年代末，IMSl對于層次數(shù)據(jù)，層次具有高效率網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫l比層次結(jié)構(gòu)

14、復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)l可描述比較復(fù)雜的現(xiàn)實世界關(guān)系數(shù)據(jù)庫l年，Codd,提出了關(guān)系數(shù)據(jù)模型（relation data model)，以關(guān)系(relation)或稱二維表結(jié)構(gòu)(table）作為描述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，它建立在嚴格的數(shù)學(xué)概念的基礎(chǔ)上，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)。對象數(shù)據(jù)庫與對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫層次數(shù)據(jù)庫示例層次數(shù)據(jù)庫示例某大學(xué)計算機學(xué)院工商管理學(xué)院化工學(xué)院計算機系網(wǎng)絡(luò)中心管理系99級2000級學(xué)生甲學(xué)生乙網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫示例網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫示例某大學(xué)學(xué)生甲選修課程1學(xué)生乙選修課程2選修課程3選修課程4關(guān)系數(shù)據(jù)庫示例關(guān)系數(shù)據(jù)庫示例studentsSidCnoMajor1101No1108Yes2102Yes310

15、1No3108Yes5102Yes5105NoEnrollmentCnoCnameCroomCtime101Database1-1021000am102OS1-3020800am105English2-2020230pm108French3-4020230pmcourseSidLnameFnameClassTelno.1JonesAllan2555-12342BrownJohn3555-13243SmithAdward2555-32145WhiteHarry3555-3142SidNameClassTelno.EnrollmentLnameFnameCnoMajor1JonesAllan255

16、5-1234101No108Yes2BrownJohn3555-1324102Yes3SmithAdward2555-3214101No108Yes5WhiteHarry3555-3142102Yes105No對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫示例對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫示例studentsCnoCnameCroomCtime101Database1-1021000am102OS1-3020800am105English2-2020230pm108French3-4020230pmcourse在ORACLE中，name列的結(jié)構(gòu)類型稱為對象類型，在INFORMIX中稱為行類型在DB2 UDB(和新的ANSI SQL-99標準

17、)中稱為用戶定義類型( U D T )l什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)？l數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMSDBMS應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理員DBADBA、用戶等l提供高級的用戶接口l查詢處理和優(yōu)化l數(shù)據(jù)目錄管理l并發(fā)控制l恢復(fù)功能l完整性約束檢查l訪問控制l對事物描述的符號記錄稱為數(shù)椐l如果一個倉庫房間內(nèi)放的物品沒有統(tǒng)一的形狀，如何放的多、拿得快？數(shù)據(jù)有定的格式l數(shù)據(jù)格式的規(guī)定是數(shù)據(jù)的語法，數(shù)據(jù)的含義是數(shù)據(jù)的語義607362123l計算機系統(tǒng)設(shè)計者關(guān)心的數(shù)據(jù)的意義不是所有的意義，是某種層次上的抽象由如下要素組成一組概念，用于數(shù)據(jù)的定義或描述一組符號，用于表示數(shù)據(jù)

18、及其聯(lián)系一組操作，作用在數(shù)據(jù)上一組限制或約束，用于抽象數(shù)據(jù)中的聯(lián)系l靜態(tài)特性（數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、聯(lián)系、約束）l動態(tài)特性（操作）l概念數(shù)據(jù)模型 面向現(xiàn)實世、面向用戶的數(shù)據(jù)模型l邏輯數(shù)據(jù)模型 用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型l物理數(shù)據(jù)模型 反映數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型l用戶看到的問題描述模型，用戶易理解l一般與應(yīng)用程序的內(nèi)部邏輯無關(guān)，一般與DBMS無關(guān)l一般用接近自然語言的語言來描述一組較自然的概念以及符號一組規(guī)則和操作等l例子：數(shù)據(jù)流圖、EXCEL表、對象結(jié)構(gòu)、E-R數(shù)據(jù)模型l用戶或看到的在程序一級的數(shù)據(jù)模型（即在編程時涉及到的模型）l比概念數(shù)據(jù)模型更抽象l與DBMS有關(guān)系l典型例子是關(guān)系數(shù)據(jù)模型或有關(guān)程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)More: network model, hierarchical modell在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部的看到的數(shù)據(jù)模型l實際上就是硬盤上的數(shù)據(jù)格式及其有關(guān)操作和限制l和DBMS有關(guān)、和操作系統(tǒng)及硬件有關(guān)l例子：B+樹文件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)l概念模型：張三以前在北京時是李四的朋友l邏輯模型：（朋友 張三 李四）l物理模